第30卷 第4期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.30 No.4 Feb.5, 2010 84 2010年2月5日 Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013 (2010) 04-0084-07 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40

广域测量系统通信主干网的风险评估 彭静1，卢继平1，汪洋1，刘家伟2 (1．输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)，重庆市 沙坪坝区 400030； 2．重庆电力公司沙坪坝供电局，重庆市 沙坪坝区 400030)

Risk Assessment of Backbone Communication Network in WAMS PENG Jing1, LU Ji-ping1, WANG Yang1, LIU Jia-wei2 (1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology (Chongqing University), Shapingba District, Chongqing 400030, China; 2. Chongqing Power Company Shapingba Power Supply Bureau, Shapingba District, Chongqing 400030, China)

ABSTRACT: A mathematical model for risk assessment to communication backbone networks (CBN) in wide area measurement system (WAMS) was proposed. Considering the self-healing and ring structure characteristics of CBN, this paper gave a theoretical analysis to the model based on a typical ring network with 4 nodes and 2 optic fibers and double-direction, dual-passage through integrating qualitative and quantitative analysis. This model combined the four main factors of risk assessment together: assets, threats, vulnerabilities and risk impact. In order to get the final comprehensive risk value, the risk events probability and the risk impact value were calculated by reliability analysis and a comparison matrix which is borrowed from analytic hierarchy process (AHP), respectively. The results show that the method has a good operability and practicality, which can be used for follow-up assessment, and provides a basis to establish the security strategy for power systems.

KEY WORDS: wide area measurement system (WAMS); communication backbone network (CBN); risk assessment; reliability; analytic hierarchy process (AHP)

摘要：根据电力系统中广域测量系统(wide area measurement system，WAMS)通信主干网的自愈环形结构特点，以一个具代表性的4节点2纤双向通道环网为例，通过定性分析和定量计算相结合，提出了WAMS通信主干网的风险评估模型和计算方法。该模型将风险评估涉及的资产、威胁、脆弱点和风险影响4大要素有机融合。采用可靠性分析方法计算出风险事件发生的概率，借鉴层次分析法中构建比较判断矩

基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2004CB 217908)。 The National Basic Research Program of China (973 Program) (2004CB 217908).

阵实现风险影响值的量化计算，从而得出通信主干网的风险综合值。计算结果表明所提出的方法具有良好的实用性和可操作性，可用于后续的评估工作，并为电力系统制定安全保护策略提供了依据。

关键词：广域测量系统；通信主干网；风险评估；可靠性；层次分析法

0 引言

广域测量系统可以在同一参考时间框架下捕捉到大规模互联电网的实时稳态及动态信息，它能完成传统的数据采集与监控(supervisory control and data acquisition，SCADA)和能量管理系统(energy management system，EMS)不能完成的实时测量和紧急保护控制功能。为能在更精准的时间尺度和更广泛的空间跨度上对电力系统进行实时监控，WAMS对其通信网络提出了更高的实时性、可靠性和安全性要求。全光纤网络的交叉连接器和光分插复用器的出现促进了波分复用(wavelength division multiplexing，WDM) 技术的研究和发展。WDM环网保留了环形结构的自愈特性，同时还可以在不改变系统结构的情况下进行容量的平滑升级，它是组建高速、大容量通信系统的优选方案。目前，基于WDM光网络承载IP业务的自愈环网已经广泛应用于WAMS通信主干网络[1-5]。

风险管理一词最早出现于1956年的哈佛商业评论[6]，当时所谓的风险主要是指保险公司的财务

风险，如今风险评估已经成为一门整合性的新科学，涉及到技术、管理和社会等各个层面。对于大区域电网而言，WAMS中传输的实时数据直接影响第4期 彭静等：广域测量系统通信主干网的风险评估 85 电网安全运行——电力系统失稳或者将要失稳时，通信系统产生拒送、迟送或误送都将可能导致系统事故扩大甚至崩溃。因而必须确切掌握WAMS通信网络的安全程度；分析威胁来自何方、风险有多大；加强网络安全保障工作重点在哪里，要投入多少人力、物力、财力；确定已采取的网络安全措施是否有效，并提出相应的安全策略等。鉴于此，对WAMS通信网络进行风险评估极具重要意义。 目前，对电力系统的安全评估通常是采用可靠性指标来衡量[7-10]，少有计及安全事故发生后的风险影响。本文所提的WAMS通信主干网的风险评估模型和计算方法将弥补这一不足。 1 WAMS通信主干环网的风险评估 风险评估涉及资产、威胁、脆弱点和风险影响4个主要因素[11-13]，其关系如图1所示。 风险影响 攻击 攻击 存在 产生 … 威胁 威胁 资产 脆弱点 图1 资产、威胁、脆弱点及风险影响关系 Fig. 1 Relationship of asset, threat, vulnerability and risk impact 其中，资产是对一个机构有价值因而需要保护的东西。它能够以多种形式存在，包括硬件、软件。威胁是一种对机构及其资产构成潜在破坏的可能性因素或者事件，是风险存在的根源。脆弱点也称为漏洞或者弱点，是指资产本身存在的缺陷，可以被威胁利用，并引起资产的损害。风险影响是由于系统存在的脆弱点被人为或者自然环境的威胁利用从而导致风险事件发生而造成的影响。 风险评估是将上述4要素有机融合的过程，最终需确定风险数值的大小——风险综合值。它与两大因素相关：风险事件发生可能性和风险影响值。计算公式为 RPI= (1) 式中：R为风险综合值；P为风险事件发生可能性；I为风险影响值。 下文将以图2所示的基于WDM光网络承载IP业务的4节点2纤双向通道环网为例，详细说明如何对WAMS通信主干网进行风险评估。本文所提

的模型和方法同样适用于更多节点的2纤双向通道环网和其他结构的自愈环网(self healing ring network，SHRN)，需改变相应变量的取值范围。 图2中RIU1-RIU4是WAMS通信主干环网的接入单元(ring interface unit，RIU)，其组成如图3所示，它们分别与相应的同步相量测量单元(phasor measurement units，PMU)和控制中心(control centre，

CC)相连接，RIU1-RIU4之间的2纤光纤段用L1~L4

RIU1 RIU4 IP over WDM工作光纤A 工作光纤B L1 L2 L3L4PMU PMU CC PMU WAMS主干环网工作波长组(1∼N/2) 保护波长组(N/2+1)∼N 工作波长组(N/2+1)∼N 保护波长组(1∼N/2) RIU2 RIU3

图2 WAMS中2纤双向通道环网结构图 Fig. 2 Structure of the double-direction, ring-structure and dual-passage optic fiber network in the WAMS

倒 换 B-ADM 控制 双向光放大器 B-ADM 双向波长分插复用模块倒 换

图3 RIU的组成单元 Fig. 3 Components of RIU

标识。为实现环路的正确保护，内外环光纤的传输

方向相反，采用内外环都载运工作波长的配置方式。这种环状结构，分别由2根光纤上反向传输的波长建立环路节点之间的双向通信通道，依据节点是否提供波长转换能力，使用相同波长或不同波长建立这种通信通道。它的主要优点是提供了波长的重用能力，在网络波长总量不变的情况下，能够提供比单向两纤环网更多的通信通道，大大提高了环形网络波长的使用效率。在这种配置中，如果某个